import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;

/**
 * @author: li_jian
 * @version: 1.0
 * @date: 2020/7/20 22:31
 * @description： 基于 双向链表 + HashMap 的 LRU 算法实现
 * 访问某个节点时，将其从原来的位置删除，并重新插入到链表头部。这样就能保证链表尾部存储的就是最近最久未使用的节点，
 * 当节点数量大于缓存最大空间时就淘汰链表尾部的节点。
 * 为了使删除操作时间复杂度为 O(1)，就不能采用遍历的方式找到某个节点。HashMap 存储着 Key 到节点的映射，
 * 通过 Key 就能以 O(1) 的时间得到节点，然后再以 O(1) 的时间将其从双向队列中删除。
 */
public class LRU<K, V> implements Iterable<K> {
    //头指针
    private Node head;
    //尾指针
    private Node tail;
    // 存储节点的k，方便快速获取值
    private HashMap<K, Node> map;
    // 最大大小
    private int maxSize;

    /**
     * 获取当前节点的值
     *
     * @param key
     * @return
     */
    public V get(K key) {
        if (!map.containsKey(key)) {
            return null;
        }

        Node node = map.get(key);
        //将当前key表示的节点从链表中拿出
        unlink(node);
        //将当前访问的节点放到链表的头部
        appendHead(node);

        return node.v;
    }

    /**
     * 添加节点
     *
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(K key, V value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            Node node = map.get(key);
            //将当前key表示的节点从链表中拿出
            unlink(node);
        }

        Node node = new Node(key, value);
        //将当前访问的节点放到链表的头部
        appendHead(node);

        if (map.size() > maxSize) {
            //移除最后一个节点
            Node toRemove = removeTail();
            map.remove(toRemove.k);
        }
    }

    /**
     * 添加节点到头节点
     *
     * @param node
     */
    private void appendHead(Node node) {
        //找到链表中第一个节点
        Node next = head.next;

        //将当前节点查到之前第一个节点之前
        node.next = next;
        next.pre = node;

        head.next = node;
        node.pre = head;

    }

    /**
     * 将节点脱链
     *
     * @param node
     */
    private void unlink(Node node) {
        Node pre = node.pre;
        Node next = node.next;

        pre.next = next;
        next.pre = pre;

        node.next = null;
        node.pre = null;

    }

    /**
     * 移除尾节点
     *
     * @return
     */
    private Node removeTail() {
        //获取最后一个节点
        Node node = tail.pre;

        //获取最后一个节点的前一个节点
        Node pre = node.pre;
        tail.pre = pre;
        pre.next = tail;

        node.pre = null;
        node.next = null;

        return node;
    }

    /**
     * 定义一个双向指针的节点
     */
    private class Node {
        Node pre;
        Node next;

        K k;
        V v;

        public Node(K k, V v) {
            this.k = k;
            this.v = v;
        }
    }

    public LRU(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.map = new HashMap<>(maxSize * 4 / 3);

        head = new Node(null, null);
        tail = new Node(null, null);

        head.next = tail;
        tail.pre = head;
    }

    @Override
    public Iterator<K> iterator() {
        return new Iterator<K>() {
            private Node cur = head.next;

            @Override
            public boolean hasNext() {
                return cur != tail;
            }

            @Override
            public K next() {
                Node next = cur.next;
                // 指针后移
                cur = cur.next;
                return next.k;
            }
        };
    }
}
